JPS5931430B2 - 耐摩耗性複合鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は第１図に示すような形状の、巾が５０ｍ７ｎ〜
１２０ｍｍ）厚さ４ｇＬｍ〜１０罵麗の特に薄肉、易溶
接性、靭性の鋼板１上に溶接用ワイヤで耐摩耗金属を一
層溶着にて余盛高さ略４ｍｍ以上に盛金２した複合鋼板
の製造方法及び装置に関する。

斯ゝる複合鋼板は産業機械、鉱山機械、建設機械等の摩
耗箇所の保護材あるいは補修用材として用いられるもの
である。従来、これら摩耗箇所の補修は、摩耗部分に盛
金を施すか、あるいはブロック状の耐摩耗鋳鋼を張りつ
ける等の方法で行われてきたが、前者は下向き溶接姿勢
がとれない場合の修繕には適用きわめて困難であり、ま
た姿勢に問題がなくても耐摩耗性金属の上への盛金が難
かしく、あるいはまた補修によつて歪が生じる等の問題
がある。

また後者は機械的な接合方法で取付けなければならない
から、多くの手数、時間を要する等の欠点がある。これ
に対し、前記第１図に例示した耐摩耗性複合鋼板はオー
プンアーク溶接ワイヤによる盛金の材質を選択すること
がきわめて優れた耐摩耗性をもたせることができる。し
かも母材に易溶接性鋼板を使用するため、何のような姿
勢、位置の摩耗部分に対しても容易に溶接による取付け
ができ、機械的な接合方法に依る必要がないので、取付
工数、時間が大巾に節減されるとともに、前記直接盛金
法のような溶接歪の発生が殆んどない。さらに母材の靭
性によつて重衝撃に対してもきわめて強い補修を行うこ
とができる長所がある。従つて本発明の目的は、斯ゝる
耐摩耗性、靭性の両特性を併有し、しかも溶接で簡単に
要補強部分に取付けができる複合鋼板、特に薄肉、軽量
なこの種複合鋼板を製造する方法及び装置を提供するに
ある。すなわち、本発明方法は靭性、易溶接性の厚さ４
ｍｍ〜１０ｍｍの母材鋼板を水冷裏当金上に密着固定し
、オープンアーク自動溶接法により母材鋼板の片面上に
耐摩耗性金属を一層溶着にて略々４中以上の厚さに、且
つ母材への溶込み率が２５〜３０％にとどまるよう、赤
熱状態の溶着金属表面に冷却用気体を吹付け、強制冷却
しながら盛金して複合鋼板とするものであつて、肉薄軽
量でしかも耐摩耗性良好な複合鋼板が得られる特徴があ
る。本発明方法に用いられる靭性に優れ溶接性の良好な
母材鋼板は特に材質を限定しないが、一般には普通鋼軟
鋼がよく、必要に応じて５０〜６０ｋｇ／Ｍｄ級の高張
力鋼を選択使用する。母材鋼板の厚みを４ｍｕ〜１０顛
としたのは、特に軽量にして作業性を良好ならしめるた
めであつて、例えば最も需要の多いセメント、コークス
焼結およびフエロアロイ製造工業等で使用されるシユー
トライナ一、ホツパ一受口等の摩耗箇所の保護用、補修
用複合鋼板の母材として、Ｃ：０．２％前後、板厚５〜
６ｍｍの軟鋼板で十分所期の目的を達成することができ
る。本発明方法は、上記のような薄鋼板の母材上にオー
プンアーク自動溶接法により、オープンアーク表面硬化
ワイヤーを使用し、溶接ノズルを揺動（ウイーピング）
させ、一層溶着にて耐摩耗性金属を４ｍ７７！以上盛金
するのであるが、大溶接入熱であるのでこのまＸでは薄
い肉厚の母材のため、ぬけおちを生じたり、また深い溶
込みのため溶着金属が大きな稀釈を受け、一層溶着では
溶着金属本来の耐摩耗性が劣化したり、あるいはまた溶
着金属の冷却速度が遅くなつて硬度が低下したりする。

本方法ではこの問題を解決するため、母材に裏当金裏面
から強制水冷を施すとともに、溶着金属のビード表面側
からも冷却用気体を吹付け、強制冷却を施すのであつて
、これらの相乗効果により例えば板厚５１７７！程度の
薄い母材上に母材と略等しい厚さに一層盛金して、しか
も溶け込率を３０％以下の如く低く抑制し、従つて母材
溶け込みによる稀釈の影響や冷却速度の影響を非常に受
け易い例えばＪＩＳＤＦ２Ｂのようなマルテンサイト系
ワイヤーによる盛金の場合でも、該鋼種本来の硬度値な
らびに耐摩耗性を示す。次に本発明方法を実施するに適
した装置を第２図乃至第４図に例示する。

第２図は溶接用架台と、水冷裏当金に密着させて前記架
台に固定された母材鋼板を示す平面図。第３図は第２図
−線矢視断面図。第４図は溶接用架台上方で架台に沿つ
て走行するよう設けられたオープンアーク自動溶接機お
よび冷却用気体吹付用ヘツド部分の正面図である。所定
厚の母材鋼板１は保護材あるいは補修用材として取扱の
便宜上、巾５０７ｎｍ〜１２０ｍｍとし、長さは自動溶
接機の架台長によつて例えば１２００韮前後とし、これ
を銅製裏当金上に密着させ、両側の押え板３，３ではさ
み、横楔４，４を打込み締付けボルト６で固定し、さら
に縦楔５を打込み、母材鋼板が変形して裏当金との接触
不良を生じないよう拘束する。

第３図にみるように裏当金７の下方約５０ｍｍには裏当
金に裏面から注水するための冷却水用配管８が裏当金に
沿つて延長する。

実施例では配管８には３２１ｔ７ｎφの鋼管を使用し、
上部には１０〜１５ｍｍピツチで３．２ｍ７１Ｌφの噴
水孔９が多数設けてあり、盛金溶接中、裏当金全面に注
水して裏当金に密着する母材鋼板１を強制冷却する。第
４図に示すオープンアーク自動溶接機は公知のものであ
り、リール１１に巻かれたフラツクスコアードワイヤ１
０が繰出し装置１２により溶接ノズル１３から送り出さ
れ、被溶接母材１との間にオープンアークを形成して溶
接盛金が行われる。

１４は該溶接機のコントロールボツクスである。

溶接ノズル１３はウイーピング装置１５によつて母材の
巾方向に揺動する。これらの装置は台車１６に塔載され
、第２図、第３図に示した溶接架台の上方で、母材鋼板
１に沿つて設けた軌道１７上を走行キヤリツジ１８に牽
引されて移動する。すなわち母材鋼板１上への溶着盛金
は、ノズル１３を母材巾方向にウイーピングさせながら
キヤリツジ１８で図示例では母材１の右端から左方へ前
進せしめて行われるのである。１９は前記溶接機を塔載
した台車１６に取付けられ冷却用気体を母材上の溶着金
属のビード土に吹付け強制冷却するための噴射ヘツドで
あつて、溶接の進行方向に対し、溶接ノズル１３の後方
にあつて適当な後退角でもつて冷却気体を盛金面上に吹
付けるように設けられ、該後退角αは調節することがで
きる。

第５図、第６図は上記冷却用気体の噴射ヘツド１９の構
造例を示す正面図及び一線矢視断面図であつて、２０は
溶着金属にむかつて開放する樋状反射笠、２１は反射笠
の彎曲内側にあつて反射笠の方にむいた多数のノズル孔
２２を軸に沿つて穿設した圧力気体噴出管にして、図示
していない圧力気体源からの配管２３に接続し、図示し
ていない弁によつて気体の送停、流量が制御される。

冷却用気体としては、圧搾空気、炭酸ガスその他不活性
ガス等が用いられ、多数のノズル孔２２から噴出した気
体を△たん樋状反射笠の内面にあてて溶着金属表面にむ
かう気流を生ぜしめる。反射笠２０からの気流が溶着金
属表面に直接当る範囲は溶着金属の全巾をカバーし、長
さ方向１は反射笠の開放上下縁間の距離をＷ、該上下縁
を結ぶ延長線と溶着金属表面とのなす角、すなわち後退
Ｗ角をαとすれば、ｌ＝？により求められる。

ＣＯＳα溶接ノズル１３と冷却用気体噴射ヘツド１９間
距離Ｌは７０〜８０ｍｍが適当であり、気体噴射ヘツド
は後退角αを適当に選定して直接アークに噴射気体が当
らないよう配慮しなければならない。

また噴射気体の圧力は未凝固の溶着金属を飛散させない
範囲で設定される。本発明方法ではオープンアーク溶接
法を採用しているので、強制冷却に圧搾空気を使用して
も、例えば炭酸ガスシールドアーク溶接やＭＩＧ溶接に
於けるブローホール発生に対する配慮は必要がない。次
に実施例について記載する。

第２図乃至第４図の如く装置して本発明方法により巾１
００ｍｍ、厚６ｍ７！Ｌ１長１０００ｍ７ｆＬの軟鋼板
を母材としてＪＩＳＤＦ２Ｂマルテンサイト系の溶接ワ
イヤ（２５２−０）を使用し、次記の溶接条件で盛金を
施した。×単位面積当りの入熱 強制冷却水量 強制冷却風量 １５４４８Ｊ／Ｃｄ ｌＯ７ＯＯｄ／Ｍｉ ９５ｌ／Ｍｉｎ 上記強制冷却を行ないながら一層溶着によりビード巾８
０ｍｍ、余盛高さ５ｍｍ、母材の溶け込率２５〜３０％
の耐摩耗性複合鋼板を得た。

上記の盛金溶接時におけるビード表面温度は下表の如く
であつた。続いて上記と同一材質、同一寸法及び厚さの
母材上に同一溶接棒を使用し、同一溶接条件で、但し強
制水冷及び強制空冷を施さない従来方法により、一層溶
着によりビード巾８０ｍｍ、余盛高さ４能に盛金を施し
、複合鋼板を得たが、このものの母材溶け込率は３７％
以上〜抜落ちであつた。

以上の本発明方法による複合鋼板と従来方法による複合
鋼板について盛金部分の硬度を測定した結果を第２表に
示す。上表の如く、本発明方法によるものＸ溶着金属表
面の平均硬度がロツクウエルＣスケールで４０に対し、
従来方法のものは３３と著るしく低下しており、その硬
度差はＨＲＣで７度にも及んでいる。

上記本発明方法におけるＨＲＣ４Ｏの硬度値は、ＪＩＳ
ＢＦ２Ｂオープンアークワイヤを軟鋼板上にストレート
ビードで一層溶着した場合の正常な硬度値であつて、該
溶着金属固有の硬度値が損われていないことを示すもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によりつくられる複合鋼板の斜視図
。 第２図は溶接用架台・および架台上に固定された母材鋼
板の平面図。第３図は第２図−線矢視断面図。第４図は
自動溶接機および冷却用気体吹付ヘツド部分の正面図。
第５図は気体噴射ヘツドの一例について構造例を示す正
面図。第６図は第５図の−線矢視断面図である。図面中
の記号の説明、１：母材鋼板、２：盛金、３：押え板、
４：横楔、５：縦楔、６：締付ボルト、７：裏当金、８
：冷却水用配管、９：噴水孔、１０：溶接ワイヤ、，１
１：溶接ワイヤリール、１２：ワイヤ繰出し装置、１３
：溶接ノズル、１４：コントロールボツクス、１５：ウ
ィーピング装置、１６：台車、１７：軌道、１８：キヤ
リツジ、１９：冷却気体噴射ヘツド、２０：気体反射笠
、２１：気体噴出管、２２：ノズル孔、２３：配管、α
：気体噴射ヘツドの後退角、１：冷却気体が直接当るビ
ード上の範囲長さ、Ｗ：気体反射笠の開放土下縁間距離
、Ｌ：溶接ノズルと気体噴射ヘツド間距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 靭性に優れ溶接性の良好な厚さ４ｍｍ〜１０ｍｍの
   母材鋼板を水冷裏当金上に密着固定し、オープンアーク
   自動溶接法により母材鋼板の表面に耐摩耗性金属を一層
   溶着にて略々４ｍｍ以上の厚さに且つ母材への溶込み率
   が２５〜３０％になるよう赤熱状態の溶着金属表面に冷
   却用気体を吹付け強制冷却しながら盛金することを特徴
   とする耐摩耗性複合鋼板の製造方法。 ２ オープンアーク自動溶接機とその溶接用架台に取付
   けた裏当金及び該裏当金を裏面から冷却する水冷装置と
   母材鋼板を裏当金上に密着固定する装置及び溶接前進方
   向に対し溶接ノズルの後方所定間隔をおいてノズルの前
   進と伴に前進し溶着金属の上方から適当な後退角で全巾
   の溶着金属表面にむけて冷却用気体を吹付ける装置とを
   備えたことを特徴とする耐摩耗性複合鋼板の製造装置。 ３ 冷却用気体を吹付ける装置は、溶着金属の全巾をカ
   バーする樋状反射笠をその開放上下縁を結ぶ延長線と溶
   着金属表面とのなす角αを調節可能に設けるとともに、
   該反射笠の彎曲内側に圧力気体源からの配管に接続され
   、樋状反射笠の方にむいた多数のノズル孔を軸に沿つて
   穿設した管を配設してなる冷却気体の噴射ヘッドを有す
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲２に記載の耐摩
   耗性複合鋼板の製造装置。